快递包装绿色发展的测量模型及其应用

谢天帅，杨丽佳，吴先锋

（1.重庆邮电大学 现代邮政学院，重庆 400065；2.重庆邮电大学 经济管理学院，重庆 400065）

0 引言

随着电子商务的迅猛发展，我国快递业务量从2011年的36.73亿件急速攀升到2021年的1 082.96亿件，近10年的年均复合增长率达40%以上。与此同时，快递包装废弃物高速增长，纸质类和塑料类包装材料占比超过99%，据预测，2025年我国消耗的快递包装材料将达到4 127.05万t。由此带来的资源浪费、环境污染、温室气体排放、管理成本增加等严重问题，已引起全社会的高度关注。增加绿色快递包装产品供给，加强快递包装绿色生产、使用和回收管理，减少温室气体排放等工作，已成为快递业界和政府主管部门的当务之急。

近年，相关部门发布了《快递业温室气体排放测量方法》《绿色包装评价方法与准则》等一系列文件，大力推动快递包装绿色发展工作，快递业也不断推出可生物降解包装和可循环包装产品。2020年底，市场监管总局和国家邮政局公布了第一批以植物纤维和

可生物降解材料为主材的快递包装绿色产品。学术界对快递包装绿色发展的研究体现在绿色包装材料研发、绿色包装产品设计、快递包装的碳排放、包装废弃物回收、快递包装绿色发展政策等方面。其中，碳排放方面，李献士，等、刘旭彤分别以石家庄和郑州市的快递数据为例，分析了快递包装的碳排放量；绿色和平分析了我国快递包装废弃物的产生特征、流量和流向、全生命周期的碳排放以及社会管理成本。快递包装回收方面，赵娴和王丹莹基于碳足迹讨论了快递包装的回收方案；李平分析了快递包装的回收激励机理；韩伟伟和罗茵琪分析了快递包装回收网络的优化；田立平，等分析了快递包装的回收定价。绿色发展政策方面，丁灿，等基于系统动力学方法分析了快递包装的政府补贴、税收优惠等政策；韩艺和刘莎莎运用多源流理论分析了快递包装新国标的出台过程；胡蓉和周丽俭、欧阳恋群，等分别分析了快递包装的财政政策和环境税费政策。通过文献综述可知，已有研究未测量包装使用阶段的碳排放，未区分快递包装材质的差异，对快递包装产品的原生材料用量、包装企业利润、外部化净成本、社会收益净值等考虑不足，对快递包装企业绿色包装产品的事前开发和事后评估支撑不够，也不利于政府从宏观层面把握快递包装绿色产品发展的大局。因此，本文拟对快递包装产品的绿色发展建立测量模型，分析我国快递包装绿色发展水平，并在此基础上探讨包装企业策略和政府政策，为快递包装的绿色低碳可持续发展提供管理和决策建议。

1 测量模型

本节先定性描述快递包装的使用过程及其物质循环过程，再定量描述该过程，提出快递包装绿色发展的测量模型，以测量原生材料用量、温室气体排放、包装业利润、外部化净成本和社会收益净值等绿色发展的绝对指标和相对指标。

1.1 快递网络与快递包装

快递网络是由点和线构成的一种传递系统，其中，点代表区域分拨中心、各级中转中心和网络末端，线代表各层级点与点之间的运输路线。为简化研究，本文考虑一个两层的快递网络，即点由分拨中心和末端城市两个层级组成，线由分拨中心之间的运输干线和分拨中心与末端城市之间的运输支线构成，如图1所示。

图1 快递网络与快递包装运营

快递包装与所包装的内件一起（即快件或包裹），从该快递网络中的任何一个末端城市（如图1中的①）进入快递系统，经由一个分拨中心（同区域快件）或两个分拨中心（跨区域快件，如图1中的I和II），继而到达收件人所在末端城市（如图1中的⑩），收件人取件后，快递包装完成使命，退出快递网络系统。

1.2 快递包装的物质循环

随着包装使命的终结，快递包装进入物质循环，如图2所示。

图2 快递包装的物质循环模式

目前，快递包装的材质以纸质和塑料为主，这两类材质的包装在处置时一部分被回收再利用，另一部分被焚烧或者填埋。纸质的包装物被回收再利用的比例较高，被焚烧填埋的比例很低；塑料类包装物则相反，被填焚烧埋的比例很高，被回收再利用的比例很低，仅约1%。

被回收的包装经由回收处理厂商制造成再生材料，供给包装生产商以生产新的包装产品。但是，由于只有一部分包装材料被制造成再生料，而快递包裹量不断增长，需要投入一定数量的原生料，以生产足够数量的包装产品来满足快递服务需要。新包装产品生产出来后，进入待使用的状态。

1.3 快递包装绿色发展测量模型

简化起见，假定快递包装是由一家专业独立的公司经营，负责快递包装原生材料和再生材料的生产、快递包装的生产、快递包装出售和回收处理等业务。

为定量描述上述快递包装使用过程及其物质循环系统，本节首先对系统参数进行设置，再根据参数之间的关系，对反映快递包装绿色发展的主要指标进行计量。

（1）参数设置

：快递网络分拨中心的集合，一个正自然数或代表快递网络的一个分拨中心；

d：快递网络分拨中心到的距离；

：快递末端城市的集合，一个正自然数或代表一个快递末端城市；

d：快递末端城市到的距离，若则令d=0，为同城快递；同区域不同城市间收发快递的运输距离d=d+d，跨区域收发快递的运输距离d=d+d+d；

：整个快递网络全年快递业务量；

q：末端城市全年发送出的快递业务量；

ˉ：末端城市全年接收到的快递业务量；

q：末端城市全年发送到末端城市的快递业务量，则q=∑q；

ˉ：末端城市全年接收到末端城市的快递业务量，则ˉ=∑ˉ；

：每个快递包装的材料用量，其中含原生料，再生料，则；

p：每千克快递包装的原材料价格；

c：每个快递包装的生产成本，不含材料费；

：每个快递包装的销售价格；

：快递包装进入循环再利用的比率；

：快递包装的材料回收率；

c：每个快递包装的材料回收成本，含废旧包装的回收费用；

：在未进入循环再利用的包装中，被焚烧的比例；被填埋比例为1；

：焚烧每吨包装的环境污染成本；

：填埋每吨包装的环境污染成本；

：每吨快递包装废弃物的焚烧成本；

：每吨快递包装废弃物的焚烧收益；

：每吨快递包装废弃物的填埋成本。

（2）快递包装绿色发展绝对指标。以一个典型的运营周期（如1年）为例，反映快递包装绿色发展的绝对指标，主要包括原生材料用量、温室气体排放、包装企业利润、外部化净成本和社会收益净值等。

①原生材料用量。每个快递包装的材料用量为，其中原生材料用量为，再生材料用量为，即。包装使用后的回收率为，材料回收率为，则回收处理一个快递包装得到的再生材料，由此可得。因此，为了生产单位的快递包装，需要的原生材料总量为：

式（1）中，系数10是把以千克为单位的材料用量转换为以万吨为单位的材料用量。

②包装企业利润。快递包装的生产运营企业的总收入来源于快递包装销售总收入和回收处理所得再生材料的市场总价值rθmqp两个部分；总支出由包装材料的总采购成本mpq、包装的总生产成本cq和包装的总回收处理成本cθq三部分构成。因此，快递包装生产和运营企业的利润Π为：

需注意的是，式（2）中p＞mp+c，该条件用以保证包装企业生产和销售快递包装。另外，rmp＞c，该条件则保证包装企业参与回收处理废旧快递包装。系数10是把以元为单位计量的快递包装企业利润转换为以亿元为单位计量的利润。

③外部化净成本。快递包装的外部化净成本指在一个典型运营周期内与快递包装相关的外部化成本与外部化收益之差。其中，外部化收益主要来自于对未进入循环再生利用的快递包装的处理，处理方式不同，收益不同。根据调查，未进入循环再生利用的快递包装通常混入生活垃圾，对生活垃圾的填埋不产生收益，而焚烧生活垃圾发电供热则可以产生收益。外部化成本主要来自运营周期内与快递包装相关的碳排放的社会成本、混入生活垃圾的快递包装的处理成本以及处理方式导致的环境污染成本。碳排放的社会成本主要包含包装原料生产、包装生产、包装使用、包装回收再生利用以及处理未进入循环再生利用包装等过程中碳排放的社会成本。混入生活垃圾的快递包装的处理成本包含清运费用、处理设施基建与运营费用、土地占用成本等。环境污染成本随着处理方式的不同而不同，填埋主要考虑渗滤液导致的成本，焚烧主要考虑二噁英类致癌物质导致的成本，其计得的成本偏低。

假定混入生活垃圾的快递包装废弃物要么被焚烧（比例为），要么被填埋（比例为1），焚烧产生的环境污染成本为元/t，填埋产生的环境污染成本为元/t，则快递包装废弃物的环境污染成本C为：

如果记焚烧的处理成本为元/t，处理收益为元/t；填埋的处理成本为元/t，处理收益为0元/t，则混入生活垃圾的快递包装废弃物的处理净成本C为：

式（3）和式（4）中，系数10都是把以千克为单位的材料质量转换为以吨为单位的材料质量。

记p为以吨计的碳排放的社会成本，记为以万吨计的一个典型运营周期内快递包装的碳排放总量，则碳排放的社会成本C为：

式（5）中，系数10是把以万吨计的温室气体排放当量转换为以吨为单位的温室气体排放当量。

综上所述，在一个典型运营周期内，快递包装的外部化净成本S为：

式（6）中，系数10是把以元计的外部化净成本转换为以亿元计的外部化净成本。

④社会收益净值。由式（2）和式（6）可得快递包装的社会收益净值S为：

依据该值，可从整个社会角度评判某种快递包装的生产与运营是否具有存在的价值。

⑤温室气体排放。根据国家邮政局发布的《快递业温室气体排放测量方法》，快递业的碳排放由直接温室气体排放、间接温室气体排放和其他间接温室气体排放三部分构成。其中，快递封装用品相关的温室气体排放被归入其他间接温室气体排放。

本文以快递包装为研究对象，依据该方法的基本原理，对碳排放三个部分的内涵进行调整：将生产运输原材料与快递封装用品过程中产生的温室气体排放计入快递包装的直接温室气体排放；将快递封装用品发挥包装功能并与快件内件一起运输时应分摊的温室气体排放计入快递包装的间接温室气体排放；将未被回收利用而被焚烧填埋时产生的温室气体排放计入快递包装的其他间接温室气体排放。即快递包装温室气体排放总量的计算公式为：

式（8）中，系数10是将以吨为单位的二氧化碳排放当量转换为以万吨为计量单位的二氧化碳排放量。

试验过程中未发现临床不良事件。两组生命体征各项指标（体温、呼吸、心率、血压）测定值的均值比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。两组各项理化检查指标（血常规、尿常规、肝肾功能、心电图）的异转率（正常转异常或异常加重）比较，除血小板计数（PLT）、碱性磷酸酶（ALP外），差异均无统计学意义（P＞0.05）。

《快递业温室气体排放测量方法》已经给出了与快递封装用品生产相关的二氧化碳当量的总排放因子，因此，快递包装的直接温室气体排放总量的计算公式为：

式（9）中，表示生产并投入使用的某材质包装品的总质量，单位为；表示该包装品的直接排放总因子，单位为。系数10是将以千克计的二氧化碳排放当量转化为以吨计的二氧化碳排放当量。由于总质量包含了再生材料，因此该直接排放总量也包含了再生材料生产运输等过程的直接排放。

目前，干支线快递运输的主流模式为公路卡车运输，主要燃料为柴油。因此，快递包装的间接温室气体排放总量的计算公式为：

式（10）中，表示快件运输过程中平均每吨公里燃料消耗量，单位为t/t·km；为快递包装的总运输量，单位为t·km，计算公式为：

式（11）中，系数10是把快递包装的运输量由千克公里转换为吨公里；因为有发必有收，所以系数1 2确保不重复计算运输量，式（12）也可以写为：

式（12）中，表示燃料燃烧时温室气体二氧化碳当量的总排放因子，单位为，计算公式为：

式（13）中，表示燃料燃烧过程中温室气体排放种类，123，分别对应二氧化碳、甲烷和一氧化二氮三种主要的温室气体；EF表示燃料燃烧时第类温室气体的排放因子，GWP表示第类温室气体的全球变暖潜值。

未被回收再生利用的快递包装混入生活垃圾之中，并与生活垃圾一起被焚烧、被填埋，因此，可将快递包装的其他间接温室气体排放总量的计算公式列为：

式（14）中，(1)表示未被回收利用而被焚烧和被填埋的废弃快递包装物的总质量，单位为；系数10把以千克计的二氧化碳排放当量转化为以吨计的二氧化碳排放当量；表示处理废弃快递包装时二氧化碳当量的总排放因子，单位为，计算公式为：

式（15）中，F和F分别表示快递包装废弃物被焚烧和填埋时的温室气体排放因子。

快递包装废弃物被焚烧时，一般只计算其所含矿物碳导致的温室气体排放，这些温室气体以二氧化碳为主；被填埋时一般计算其所含生物碳导致的温室气体排放，这些温室气体以二氧化碳和甲烷为主，但二氧化碳大多溶于渗滤液，通常只计算甲烷的排放。因此，二氧化碳当量的排放因子F和F可分别由以下两式计算：

式（16）中，为快递包装的含碳量，反映包装的成分构成；为包装的矿物碳含量，计入二氧化碳排放；为氧化因子，反映包装焚烧是否充分；44 12为二氧化碳与碳分子量之比，将碳转化为二氧化碳。

式（17）中，为甲烷修正因子，反映填埋场的管理；为可降解的碳含量，反映被填埋物的成分构成；为产生的填埋气体中甲烷所占的比例；为氧化因子，反映甲烷被氧化率；16 12为甲烷与碳分子量之比，将碳转化为甲烷；25为甲烷的全球变暖潜值，反映甲烷的二氧化碳当量。

（3）快递包装绿色发展相对指标。由于快递业务量的增长，不能从上述绝对指标直观地呈现出绿色发展的变化趋势。因此，本部分以快递业务量为基数（每千个）提出以下几个可直观反映快递包装绿色发展状况的相对指标。

②每千个快递包装温室气体排放。每千个快递包装温室气体排放为：

式（19）中，系数10是把以吨计的每个包装的碳排放量转化为以千克计的每千个包装的碳排放量。

③每千个快递包装环境污染成本。每千个包装环境污染成本c为：

④每千个快递包装外部化净成本。每千个包装外部化净成本s为：

⑤每千个快递包装社会收益净值。每千个快递包装社会收益净值s为：

式（22）中，系数10是把以亿元计的每个包装收益净值转换为以元计的每千个包装的收益净值。

2 模型应用

2.1 数据设置

为简化运算，本文将快递网络简化为三个地区分拨中心，如图1中I、II和III，分别代表东中西部。根据我国省会城市之间的平均距离，将中东、中西部地区分拨中心之间的平均距离设置为700km，东西部地区分拨中心间的平均距离设置为1 300km，以代表省会城市之间的距离；每个分拨中心下设5个末端城市，每个末端城市到分拨中心的平均距离设置为150km，以代表省会城市与地级城市之间的距离。

我国快递包装以纸质类和塑料类包装为主，按个数计，瓦楞纸箱约占全部包装的44.03%，塑料袋约占33.52%。2021年我国快递业务量已达1083亿件，以1 000亿件规模计，市场份额占比最大（约20%）的快递企业大约需要消耗塑料包装袋67.04亿个、瓦楞纸包装箱88.06亿个。国家邮政局统计数字显示，同城和异地快递量占比分别为14.6%、83.2%；东中西部占比分别为79.40%、13.34%和7.26%。据此，本文快递收发业务数据设置见表1。

表1 末端城市的收、发业务数量

表1中，城市对角线上的数值表示使用塑料袋包装的同城快递业务数量；行数据代表行末端城市向各列末端城市（含同城）发出的快递业务数量，列数据代表列末端城市收到的来自各行末端城市（含同城）的快递业务数量；余下的两行和两列分别是城市和地区收到和发出快递数量的合计数。

具体数据设置过程为：对同城快递，首先根据同城快递的占比14.6%，从67.04亿件快递数量中切分出同城快递数量10亿件，再根据东中西部占比79.40%、13.34%和7.26%切分出东中西部地区同城快递的数量，分别为8.00亿件、1.34亿件、0.66亿件，最后将这三个数据分别在区域内按末端城市编号递减分配。对于异地快递，则首先根据东中西部占比，切分出三个地区发出快递的数量，再在地区内按末端城市编号递减原则将区内发出快递数量分配到各末端城市，最后将每个末端城市的同城快递数量扣除后，大致按东多西少的原则分配向其他末端城市发出快递的数量。设置完成后，各末端城市接收的来自其他末端城市的快递数量也随之确定。

除上述快递业务量数据外，包装企业相关业务运营参数设置见表2。

表2 包装企业相关业务运营参数

表2中参数的取值依据如下：2018年的快递量507亿件，其中33.52%是塑料包装袋包装，共消耗了69.43万t塑料，据此可算出每个塑料快递包装袋的平均质量为0.041kg。目前塑料快递包装袋多由普通塑料再生料制造，市场价p约为2.5元/kg；若是石化基可降解塑料，则市场价约为16元/kg；若是生物基可降解塑料，则市场价约为35元/kg，若采用后两种塑料，则包装袋的售价将远高于使用现材料的售价0.25元/个。

根据绿色和平组织等单位2019年底发布的《中国快递包装废弃物产生特征与管理现状研究报告》，瓦楞纸箱的平均质量为0.304kg，根据顺丰3、4号纸箱售价取平均值，售价为3.50元/个，根据3、4号纸箱规格和云南省行业协会发布的《云南省合格瓦楞纸箱行业平均生产成本》中单层瓦楞纸箱成本数据计算并扣除材料成本后得到，其不含材料的平均生产成本为0.67元/个。

表2中的其他参数来自作者的调查或根据调查数据的折算。

快递包装的社会成本和收益相关参数见表3。

表3 快递包装社会成本和收益相关参数

表3中参数的设置依据如下：根据《中国快递包装废弃物产生特征与管理现状研究报告》中塑料袋和瓦楞纸的焚烧量占焚烧和填埋总量的比例计算确定。、、、和也来自该报告或根据其计算方法得到（该报告未区分塑料袋和瓦楞纸箱的差异）。由于废弃的包装物混入了生活垃圾，而生活垃圾成分复杂，焚烧时发生复杂化学反应，这时测量包装物焚烧导致的环境污染成本不区分其材料差异是比较合理的；但填埋时，可生物降解包装物降解的最终产物一般为二氧化碳、甲烷和水，基本不存在环境污染，因此，应将可生物降解塑料袋的设为0，即表3中（0）。瓦楞纸也是可生物降解材料，瓦楞纸箱的也应设为0。p的值应反映碳排放影响的全球性和长期性，暂按奥巴马政府在美国国家科学院相关研究基础上确定的51美元/t计算，以汇率1:6.356 1折算为人民币。

此外，还需设置与快递包装相关的碳排放相关参数，见表4。

表4 快递包装碳排放相关参数

表4中参数的设置依据如下：根据《快递业温室气体排放测量方法》，确定塑料袋的为3.240，瓦楞纸箱的为1.137；按公路、柴油计算，为3.215；以实测车货38t/100km柴油消耗量29l，柴油密度0.84kg/l来计算，为641110。F和F的值分别根据式（16）、式（17）以及表5、表6中的数据计算得到，其中，括号中的两个数据分别代表石化基和生物基可降解塑料袋的碳排放因子。

表5 焚烧包装时碳排放因子影响因素值

表6 填埋包装时碳排放因子影响因素值

表5和表6中参数的设置依据如下：塑料袋的含碳量根据材料分子式确定，其中不可降解塑料以聚乙烯（PE）为例、石化基可降解塑料以聚已二酸/对苯二甲酸丁二酯（PBAT）为例、生物基可降解塑料以聚乳酸（PLA）为例进行测定，瓦楞纸箱的含碳量及其矿物碳和生物碳含量来自北京市质量技术监督局发布的《温室气体排放核算指南生活垃圾焚烧企业》中测定的数据；将不可降解和石化基可降解塑料袋的碳含量全部归为矿物碳，将生物基可降解塑料袋的碳含量全部归为生物碳；焚烧的氧化因子均为95%；填埋均为标准的卫生填埋，即100；石化基可降解塑料的碳含量均为可降解碳，生物基可降解塑料的碳含量以及瓦楞纸箱的生物碳含量均为可降解碳；填埋的氧化因子均取10%；甲烷所占比重取自《2006年IPCC国家温室气体清单指南》中的缺省值。

2.2 指标计算与分析

（1）绝对指标。根据前述相关公式，可以计算出一个占快递市场20%份额的快递企业一年内消耗的某种快递包装的绿色发展绝对指标值，见表7。

表7中，塑料袋栏下p=25表示塑料袋由普通塑料再生料制造；p=16、p=35分别代表石化基、生物基可降解塑料袋。瓦楞纸箱栏下6704表示将塑料袋替换成瓦楞纸箱后的结果；8806表示快递业务中使用瓦楞纸箱包装的绿色发展绝对指标，由6704所在列数据按6704与8806的比例折算得到。p=25与8806所在列数据之和的5倍则反映全年所用快递包装绿色发展情况。

表7 快递包装绿色发展绝对指标值

2018年我国快递业务量507亿件，绿色和平组织测得所用包装产生的碳排放为1 303.1万t，使用本文模型可测得碳排放为1 601.9万t。本文模型测得的碳排放较多，主要有两个原因：一是本文模型包含了包装使用中应分摊的碳排放；二是本文模型不考虑包装材料再生的碳减排效应。若去除这两个原因，则两模型测量值的差异在10%左右。

由表7数据可算得，2021年我国快递包装的绿色发展状况为：消耗了原生塑料136.35万t、瓦楞纸原生料405.55万t，产生碳排放约3 160万t（塑料袋包装约占19.16%）、包装总利润约690.76亿元（塑料袋包装约占4.74%）、外部化净成本约125.87亿元（塑料袋包装约占22.30%）、社会收益净值约564.69亿元（塑料袋包装约占0.83%）。

表7数据表明，除非可降解材料成本降低或包装购买方愿意支付高价格，否则包装企业不愿采用可生物降解材料。若瓦楞纸包装回收率从82%上升到100%，则原生材料仅需30.57万t，是原来的49.51%，并能使处置环节温室气体排放降为零，总排放降幅39.71%，但生产使用环节的温室气体排放仍然很高，因此，包装企业应加强废旧瓦楞纸包装的回收以及生产使用环节的碳减排工作。

表7数据也表明，普通塑料快递包装的外部化净成本是利润的85.70%，即包装利润大部分建立在社会损失之上；可降解塑料快递包装可以降低环境污染成本，但原材料成本高昂且温室气体排放是普通塑料的1.76倍以上；瓦楞纸快递包装环境危害不大、利润很高，但温室气体排放量最高，是普通塑料的4.2倍。因此，政府应逐步淘汰普通塑料快递包装袋；若要强制使用可降解塑料快递包装，则应配以碳减排或碳中和措施，前者如加强填埋气的收集和处理，后者如植树造林；对瓦楞纸包装则应支持其发展碳减排技术和回收废旧包装。

（2）相对指标。快递包装绿色发展相对指标值见表8。

表8 快递包装绿色发展相对指标值

表8中p=25与8806所在列数据可以分别直接作为我国2021年塑料袋和瓦楞纸箱包装绿色发展指数，也可以核定该年的值为100%来构造指数，以反映我国快递包装绿色发展的水平和趋势。p=16与p=35所在列数据则可以用来预测采用不同新材料后快递包装塑料袋可能取得的绿色发展水平。

3 结语

本文建立了快递包装绿色发展的测量模型，测量了快递包装的原生材料用量、全生命周期的温室气体排放量、包装企业利润、外部化净成本、社会收益净值等绝对指标，以及以每千个快递包装为基数的相对指标，这些指标可以反映出快递包装绿色发展的总量和结构状况及发展趋势，可以用来分析快递包装企业的策略以及政府对包装产品的政策。研究分析表明，普通塑料快递包装的利润大部分建立在社会损失之上，可降解塑料快递包装虽然可以降低环境污染，但成本高昂且温室气体排放多，瓦楞纸快递包装环境危害不大、利润很高，但温室气体排放最多。因此，包装企业在生产销售瓦楞纸快递包装时应加强碳减排和废旧包装回收；政府应淘汰普通塑料包装，若推广使用可降解塑料包装，则应配以碳减排和碳中和措施，对瓦楞纸快递包装则应重点支持其回收和碳减排技术发展。